Las plantas tienen sentidos y gracias a ellos pueden sobrevivir

«¿No es curioso que una planta sea mucho más sensible
al tacto que cualquier nervio del cuerpo humano?
A pesar de todo, estoy completamente seguro
de que esto es cierto»
CHARLES DARWIN

(Publicado en Revista Creces, Diciembre 1998)

Cuando un paciente, por cualquier causa (traumatismo grave, infección o por un accidente vascular cerebral), queda desconectado del cerebro, el médico suele decir que ha quedado en «estado vegetal». Ello porque pareciera que en esas condiciones se asemeja a una planta: no oye, no huele, no siente, ni tampoco se mueve. Sin embargo, investigaciones recientes están revelando que las plantas sí ven, huelen, gustan, tiene tacto e incluso pueden oír.

Los avances de los últimos años respecto de los «sentidos» de las plantas, nos están proporcionando otra visión totalmente diferente de ellas. Los nuevos conocimientos son el producto del enorme avance de la genética y la bioquímica vegetal. Son muchos los investigadores que están trabajando en ello, y mediante modernas técnicas genéticas que permiten acallar o agregar algunos genes, consiguen efectos sorprendentes. Para estas experiencias, casi todos los investigadores han escogido como modelo una humilde planta, cuyo nombre científico es Arabidopsis thaliana.

Ella se presta para este tipo de estudios por poseer una semilla quebradiza y un ciclo de vida muy corto. Además, posee un limitado número de genes, en comparación con otras plantas, y ya muchos de ellos se han individualizado y se conoce su acción específica.

Los primeros experimentos han consistido en silenciar o inactivar un determinado gene de la planta y luego dejarla crecer para ver qué le ocurre. Ello se hace rutinariamente con las nuevas técnicas de genética molecular. El silenciamiento de un determinado gene significa que la función específica de ese gene no se realiza y como consecuencia se hace evidente alguna alteración en la planta. Una función específica no se puede realizar, y es así como se puede saber qué es lo que ese gene hace normalmente.

Los genes relacionados con la luz

Hasta ahora, la mayor parte de los estudios se han relacionado con la luz, que para todos los vegetales es fundamental, dado que a partir de la irradiación solar obtienen la energía que les permite crecer y desarrollarse. Las plantas no tienen ojos, sin embargo, saben detectar la luz. Ello debido a que poseen proteínas que son sensibles a la luz y que pueden captar fotones (paquetes de energía luminosa). Estas proteínas son sensibles, al igual que las células de nuestra retina, a todo el espectro de ondas luminosas visibles. Más aún, pueden ver longitudes y hondas que nosotros no vemos, al menos así lo asegura Garth Jenking, de la Universidad de Glassgow (New Scientist, 26 de Septiembre de 1998).

Por esta capacidad de ver, las plantas pueden ajustar su desarrollo para optimizar su crecimiento y su sobrevida. Una planta tiene que captar muchas cosas diferentes en relación con la luz: la intensidad, la calidad, la dirección y la periodicidad. «Las plantas tienen también que despertar en las mañanas», ironiza Nam-Hai Chua, investigador de la Universidad Rockefeller de Nueva York.

Ya se han podido detectar varias proteínas que tienen la responsabilidad de monitorear la luz. Cinco fitocromos son sensibles a la luz en el lado rojo del espectro (entre 600 y 750 nanómetros). Estos permiten a la planta detectar la calidad de la luz, lo que le es muy importante en su competencia con las plantas vecinas. Los criptocromos 1 y 2 se estimulan con la luz del extremo visible del espectro, desde el azul-verde (alrededor de 500 nanómetros), hasta la luz ultravioleta (alrededor de 320 nanómetros), lo cual permite a la planta conocer cuando es de noche y cuando es de día, como también detectar la longitud del día, la calidad de la luz y la dirección de donde ésta proviene.

Chua y sus colaboradores han descubierto que el fitocromo A juega un rol fundamental para que germinen las semillas y afloren desde el suelo. Hasta ese momento la semilla ha sido «heterotrófica», es decir, su crecimiento se mantuvo sólo por la energía acumulada dentro de la semilla. De allí en adelante, al aflorar a la superficie comienza a ser «fototrófica», es decir, el crecimiento va a depender de la captación de la luz solar. Es por ello que cuando el tallo aparece en la superficie, comienza a desarrollar pequeñas hojitas llamadas cotiledones. En un comienzo son de un color pálido amarillento, pero rápidamente comienzan a ponerse verdes, porque en ellas se inicia la síntesis de clorofila que le permite iniciar el proceso fotosintético. Es decir, el gene que codifica (ordena) la producción de fotocromo A, es el que inicia la fotosíntesis.

El fotocromo B ayuda a la planta para no ser ahogada por la sombra de plantas que la rodean. Esto lo logra registrando los niveles relativos de luz roja que le son necesarios, ya que es esa luz la que ella necesita para la fotosíntesis. «En esta etapa hace todo la posible para crecer más que la competencia». Dice Garry Ghitelam, de la Universidad de Leicester.

Cuando florecer

Otro criptocromo descubierto hace pocos años por Tony Cashmore, de la Universidad de Pennsylvania en Philadelphia, tiene la capacidad de activar una enzima llamada Chalcona Sintasa (CHS), que interviene en la síntesis de una amplia gama de pigmentos y también en el control de numerosas genes. Por otra parte, Chentao Lin y sus colaboradores de la Universidad de California en Los Angeles, han comprobado que el criptocromo 2, permite a la planta detectar la longitud del día, la que a su vez la faculta para diferenciar las estaciones del año. Por ello, en un determinado período disminuye o detiene el crecimiento vegetativo y comienza su desarrollo floral (al iniciarse la primavera los días son más largos).

Recientemente, se han encontrado dos genes que no están asociados con los criptocromos y cuya función es detectar la luz ultravioleta (entre 290 y 320 nanómetros). Para ello se activan dos genes que producen pigmentos decolorados (quercetina y kaempferol). Ellos filtran la luz ultravioleta. Es decir, las plantas fabrican sus propias cremas para no ser afectadas por la radiación ultravioleta.

El sentido del gusto

Pero las plantas para crecer no sólo necesitan energía solar, sino también nutrientes. Para ello deben buscar una dieta balanceada en la tierra, donde están sus raíces. Además de detectar el sabor, sus raíces tienen que buscar los sitios en que son más abundantes las sales de nitrato y amonio. Brian Forde y Hamma Zhang, del Institute of Arabel Craps Research en Rothamsted, Herfordshirel, han descubierto en la Arabidopsis que sus raíces pueden «gustar» el suelo y así ubicar donde las sales de nitrato y amonio son más abundantes. «Con esto economizan energía y recursos, haciendo que las raíces crezcan preferentemente donde están los nutrientes que la planta necesita», dice Forde.

En realidad, las plantas hacen bastante más que sólo ubicar sales. Stanley Roux y colaboradores, de la Universidad de Texas en Austin, han descubierto en las raíces una enzima llamada apirasa, que le permite «gustar» el Adenosin Trifosfato (ATP), que es producido en el suelo por microorganismos y hongos. La molécula ATP es la que en la naturaleza permite a los diferentes organismos acumular energía. Pues bien, la apirasa capacita a la planta para robar a estos gérmenes el ATP, y convertirlo en nutrientes fosforados que ella necesita. «Esta propiedad de utilizar ATP ajeno, es nueva», dice Roux. Hasta lo que se sabía, cada célula producía su propio ATP.

El sentido del gusto también lo utiliza la planta tanto para su defensa como para el ataque. Algunas plantas pueden reconocer el ataque de cuncunas, detectando en la superficie de sus hojas el sabor de la saliva del insecto, y luego desencadenar un mecanismo defensivo. James Tumlinson y sus colaboradores del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos, han descubierto que las plantas de maíz, betarraga y algodón pueden detectar en sus hojas la presencia de la cuncuna Spodeptera exigua, y a partir de ello llamar a sus aliados para que la defiendan.

Es así como las hojas detectan una sustancia en la saliva del insecto, llamada volicitina, y en respuesta, la planta secreta compuestos volátiles, llamados índoles y terpenos, que se esparcen por el aire y atraen un parásito femenino, una abispa, (Cotesia marginiventris) que viene en su ayuda y deposita sus huevos sobre la superficie de la cuncuna. Cuando éstos eclosionan y crecen las larvas, éstas matan a la cuncuna que les sirven de alimento.

Este mecanismo de detectar la saliva de la cuncuna, se gatilla cuando ya la planta ha sido atacada. Lo que la planta necesita es detectar el ataque antes que este se produzca, y para eso también existen mecanismos solidarios. En 1990, Bud Ryan y sus colaboradores, de la Universidad del Estado de Washington en Pullman, descubrieron que la planta de tomate podía activar genes defensivos si se pintaban sus hojas con una sustancia llamada Metil jasmonato. Para su sorpresa descubrieron que los mismos genes defensivos se activaban en las plantas vecinas que no se habían pintado con este producto. Investigaciones posteriores han demostrado que las heridas o lesiones producidas en las plantas son el estímulo para que éstas produzcan el Metil jasmonato. Con ello se desencadena una voz de alarma, que captada por las vecinas a distancia, inician su propia defensa. Es decir, las plantas tienen la capacidad de comunicarse entre ellas. Una vez generalizada la voz de alarma, cada una produce sustancias químicas que repelen a los insectos o atraen predadores que los atacan. El Metil jasmonato a menudo se usa en los perfumes, por lo que Ryan ha prohibido a las mujeres que entran al invernadero que usen perfumes, ya que esto le hecha a perder todos sus experimentos.

Las plantas huelen

Investigaciones recientes sugieren también que las plantas pueden oler el humo. Tudor Thomas, del Institute of Arable Crops Research en Long Ashton, ha observado que compuestos que están en el humo pueden gatillar la germinación de semillas enterradas en el suelo. Así, pasado un incendio, la naturaleza se las ha arreglado para que se inicie otra vez la reforestación. Trabajando con Johannes van Staden de Natal en Pietermarizburg, Sudáfrica, han realizado experimentos con semillas de lechugas, apios y raps, demostrando que se pueden hacer germinar en la oscuridad si se exponen a aguas saturadas con compuestos que contiene el humo. lncluso ya han puesto en el mercado papeles filtro impregnados con sustancias químicas del humo para hacer germinar semillas.

Las plantas tienen tacto

Pero también las plantas tienen el sentido del tacto. Así, plantas carnívoras (Dionaea muscipula) sienten a la mosca posarse en sus hojas y reaccionan inmediatamente. Las plantas trepadoras, como los guisantes y las habas, aferran sus dentrilos a una superficie sólida para trepar. Pareciera que todas las plantas tienen este sentido táctil, pero en algunas es más desarrollado que en otras.

Las plantas ordinarias necesitan del sentido del tacto para responder a la fuerza del viento, que les puede producir un daño considerable en el follaje. Cuando una planta de maíz se somete a una agitación diaria por 30 segundos, la cosecha disminuye entre un 30 a 40%, porque la planta tiene que gastar mucha energía para hacerse más resistente. Por el contrario la cosecha se incrementa si la planta está en el interior de un invernadero.

Los investigadores están tratando de descifrar el mecanismo por el cual este sentido táctil le permite a la planta incrementar su resistencia. La mayor parte de las investigaciones se han concentrado en el ion calcio. Cuando la planta se agita, este movimiento se trasmite a las vacuolas, que son espacios interiores que actúan como silos químicos. Tony Trewavas, de la Universidad de Edimburgo, ha logrado introducirle a las plantas genes derivados de medusas que producen proteínas sensibles al calcio. La proteína llamada aequorina, tiene la propiedad de hacerse luminiscente cuando capta iones de calcio. De este modo se pueden notar los cambios de la planta cuando ésta se mueve empujada por el aire. La salida de calcio es el primer indicador que pone de manifiesto la respuesta de la planta cuando ésta ha sido tocada. En una segunda etapa, el ion calcio activa genes que hacen a la planta más fuerte.

Las plantas pueden oír

Es un hecho que las plantas pueden ver, gustar, oler y tocar, pero ¿es posible que puedan oír? Hace dos años Mordecai Jaffe, de la Universidad Wake Forest en Carolina del Norte, construyó un instrumento que puede trinar a distintos volúmenes, y que al hacerla sonar alrededor de 2 kilohertzios, que es más o menos lo mismo que la voz humana, y entre 70 y 80 decibelios, que es un poco más fuerte que el hablar, observó que una planta de guisante enana dobló su crecimiento. «También observamos que en semillas viejas de rábano, que se habían mantenido en refrigeración, aumentaba la germinación», dice Jaffe. Normalmente germina el 20% de las semillas, pero en esta experiencia germinó el 80%.

Jaffe sospecha que la hormona vegetal llamada ácido giberélico, que normalmente hace crecer las raíces y también germinar la semilla, está comprometida en esta respuesta de «oído». Ello porque cuando en otra experiencia Jaffe inhibió la producción de esta hormona, no se produjo el efecto. «Pensamos que el sonido induce la producción de ácido giberélico, y debido a ello se incrementa el crecimiento y favorece la germinación», dice Jaffe. Se sabe que el ácido giberélico se sintetiza en las hojas de las plantas, por lo que parece lógico pensar que allí estarían los receptores para el sonido.

Esto significaría que las antiguas historias que cuentan que al hablarle a las plantas, éstas crecen mejor... Según Jaffe, para conseguir esto habría que sentarse al lado de la planta y hablarle por muchos días, por lo que no seria práctico. Pero en todo caso, como precaución, si tiene un secreto, no se lo cuente a nadie delante de una planta.

Todo ella está cambiando completamente el concepto que teníamos de las plantas. No seria raro que también tengan inteligencia.

Información tomada del artículo de Andy Coghlan «Sensitive flower».

New Scientist, 26 de septiembre de 1998.

Bibliografía adicional:

1. Chentao Lin y colaboradores: «Regulation of flowering time by Arabidopsis photoreptors». Science, vol. 279, p. 1360, año 1998.

2. James Tumlinson: «Herbivore-infested plants selectively attract parasitoids». Nature, vol. 393, p. 570, año 1980.

3. Hanma Zhang y col.: «An Arabidopsis MADS box gene that controls nutrien induced changes in root architecture». Science, vol. 279, p. 407, año 1988.

4. Mordecall Jaffe: The effect of continuous sound on the germination and growth of plants. Plants in Space Biology. Institute of Genetic Ecology, Tohoku University, Japón, 1996.

5. Garry Wehitelam: Light signalling in Arabidopsis. Plant Physiology and Biochemestry, Vol. 36, p. 125, 1998.